Switching Patterns and Steady-State Analysis of Grid-Connected and Stand-Alone Single-Stage Boost-Inverters for PV Applications

Renewable or sustainable energy (SE) sources have attracted the attention of many countries because the power generated is environmentally friendly, and the sources are not subject to the instability of price and availability. This dissertation presents new trends in the DC-AC converters (inverters) used in renewable energy sources, particularly for photovoltaic (PV) energy systems. A review of the existing technologies is performed for both single-phase and three-phase systems, and the pros and cons of the best candidates are investigated. In many modern energy conversion systems, a DC voltage, which is provided from a SE source or energy storage device, must be boosted and converted to an AC voltage with a fixed amplitude and frequency. A novel switching pattern based on the concept of the conventional space-vector pulse-width-modulated (SVPWM) technique is developed for single-stage, boost-inverters using the topology of current source inverters (CSI). The six main switching states, and two zeros, with three switches conducting at any given instant in conventional SVPWM techniques are modified herein into three charging states and six discharging states with only two switches conducting at any given instant. The charging states are necessary in order to boost the DC input voltage. It is demonstrated that the CSI topology in conjunction with the developed switching pattern is capable of providing the required residential AC voltage from a low DC voltage of one PV panel at its rated power for both linear and nonlinear loads. In a micro-grid, the active and reactive power control and consequently voltage regulation is one of the main requirements. Therefore, the capability of the single-stage boost-inverter in controlling the active power and providing the reactive power is investigated. It is demonstrated that the injected active and reactive power can be independently controlled through two modulation indices introduced in the proposed switching algorithm. The system is capable of injecting a desirable level of reactive power, while the maximum power point tracking (MPPT) dictates the desirable active power. The developed switching pattern is experimentally verified through a laboratory scaled three-phase 200W boost-inverter for both grid-connected and stand-alone cases and the results are presented.

Torre solar: estudo do rendimento e viabilidade de centrais térmicas solares para produção de energia eléctrica de pequena e média dimensão

O aproveitamento da radiação solar representa um recurso energético extremamente benéfico, quer no âmbito energético, quer no ambiental, contribuindo para a redução das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Portugal apresenta uma radiação solar total média anual bastante elevada, colocando-se entre um dos países que apresentam melhores potencialidades para o aproveitamento da energia solar. A torre solar consiste numa estufa com uma determinada extensão com uma chaminé no seu centro e o seu funcionamento baseia-se no aquecimento do ar que circula por baixo da estufa, sendo expelido pela chaminé. Nesta tese é abordado o tema da torre solar e os princípios físicos inerentes ao seu funcionamento. Foi estudado e descrito o método de cálculo de diversos parâmetros e resultados associados ao funcionamento da torre solar. Elaborou-se uma folha de cálculo para obtenção dos valores de simulações de torres com diversas dimensões, tecendo-se conclusões quanto aos resultados e às variações dos mesmos, consoante as alterações de dimensão dos elementos que a constituem. Foram descritos os vários elementos que constituem uma torre solar, bem como as suas características e tipologias. Efectuou-se um estudo com aplicação a um caso real, para se tecer algumas conclusões e comentários relativamente à viabilidade de uma torre solar para a situação em causa. Por fim, com base em todo o trabalho desenvolvido e abordado, foi possível tecer-se algumas conclusões quanto à viabilidade das torres solares.

Execução de um projecto solar térmico para uma instalação de A.Q.S. da Escola Básica Guilherme Stephens

O presente documento tem como principal objectivo efectuar o projecto de dimensionamento de um sistema de águas quentes sanitárias para uma escola. Numa primeira fase foi elaborado uma pesquisa sobre o contexto energético, a nível mundial, europeu e nacional, bem como o seu contexto jurídico a nível europeu e nacional, e uma explicação superficial sobre os fundamentos da energia solar, onde se foca a importância da radiação solar e os vários tipos de sistemas solares térmicos, bem como os seus constituintes. Segue-se a abordagem ao caso de estudo onde foram efectuados inicialmente inquéritos como forma de determinar os consumos de água quente utilizada nessa escola. Continuou-se o estudo efectuando-se a variação de duas características do sistema solar: o tamanho dos depósitos e o tipo de colectores solares a aplicar. Após as simulações efectuadas para a determinação das soluções a aplicar ao sistemasolar e apresentadas ao longo do presente documento, foram efectuadas análises económicas como forma de se verificar a viabilidade do sistema a aplicar. Por último foram elaboradas conclusões sobre o sistema a aplicar e apresentados alguns cenários financeiros do mesmo.

Planeamento de curto prazo de sistemas de energia solar usando técnicas de otimização robusta

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica

Bifacial dye-sensitized solar cells: a strategy to enhance overall efficiency based on transparent polyaniline electrode

Dye-sensitized solar cell (DSSC) is a promising solution to global energy and environmental problems because of its clean, low-cost, high efficiency, good durability, and easy fabrication. However, enhancing the efficiency of the DSSC still is an important issue. Here we devise a bifacial DSSC based on a transparent polyaniline (PANI) counter electrode (CE). Owing to the sunlight irradiation simultaneously from the front and the rear sides, more dye molecules are excited and more carriers are generated, which results in the enhancement of short-circuit current density and therefore overall conversion efficiency. The photoelectric properties of PANI can be improved by modifying with 4-aminothiophenol (4-ATP). The bifacial DSSC with 4-ATP/PANI CE achieves a light-to-electric energy conversion efficiency of 8.35%, which is increased by ,24.6% compared to the DSSC irradiated from the front only. This new concept along with promising results provides a new approach for enhancing the photovoltaic performances of solar cells.

Otimização estocástica para a exploração de centrais de concentração solar considerando incerteza e risco

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica

PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

The impact of poor power quality in solar photovoltaic microgeneration: technical problems and losses of revenue

This paper presents a critical and quantitative analysis of the influence of the Power Quality in grid connected solar photovoltaic microgeneration installations. First are introduced the main regulations and legislation related with the solar photovoltaic microgeneration, in Portugal and Europe. Next are presented Power Quality monitoring results obtained from two residential solar photovoltaic installations located in the north of Portugal, and is explained how the Power Quality events affect the operation of these installations. Afterwards, it is described a methodology to estimate the energy production losses and the impact in the revenue caused by the abnormal operation of the electrical installation. This is done by comparing the amount of energy that was injected into the power grid with the theoretical value of energy that could be injected in normal conditions. The performed analysis shows that Power Quality severally affects the solar photovoltaic installations operation. The losses of revenue in the two monitored installations M1 and M2 are estimated in about 27% and 22%, respectively.

Projecte d’instal·lacions d’aigua calenta sanitària per a un hotel de quatre estrelles a Platja d’Aro amb aportació d’energia solar

En el present projecte final de carrera s’han dissenyat i pressupostat les instal·lacions de fontaneria, energia solar i gas natural per abastir d’aigua les dependències d’un hotel. L’hotel es troba situat a municipi de Platja d’Aro, a la província de Girona. La seva categoria és de quatre estrelles i això comporta un nivell alt de qualitat en els serveis oferts, en aquest cas el subministrament d’aigua freda i aigua calenta sanitària (ACS) als seus clients

Instal•lació solar tèrmica i fotovoltaica per a una vivenda aïllada

Aquest projecte va destinat a una família que disposa d’una vivenda aïllada del nucliurbà d’Arenys de Munt, comarca del Maresme, la qual no té al seu abast la connexiódel gas ni la de la xarxa elèctrica. S’ha decidit dimensionar la instal•lació per energia solar tèrmica i energia solar fotovoltaica, ja que són energies més constants que l’energia eòlica per a l’indret on ens trobem i a més a més hi ha un mercat que ofereix molts més productes i prestacions

Estudi comparatiu entre un sistema de climatització solar amb planta d’absorció geotèrmica i un sistema de climatització amb bomba de calor geotèrmica

Disseny i dimensionat d’una instal•lació de climatització, durant tot l'any, i comparació entre un sistema de climatització solar amb una planta d’absorció geotèrmica i un sistema de climatització mitjançant una bomba de calor geotèrmica, per al despatx de professors i becaris del nou laboratori d’ energia de l’EPS, mitjançant la utilització d’un sistema d’energia solar tèrmica de baixa temperatura, com a medi d’aportació de calor, i per energia geotèrmica per a la climatització integral

Instal•lació solar tèrmica per la producció d’ACS i climatització de 10 H.P.O. a Quart

Aquesta instal•lació solar tèrmica s’ha dissenyat per cobrir part de les necessitats energètiques d’un edifici que consta de 10 habitatges de protecció oficial construïts en 2 plantes a la localitat de Quart. L’objectiu d’aquest projecte és arribar a una cobertura solar aproximada del 50% de les necessitats d’ aigua calenta sanitària (ACS) i climatització

Projecte per la realització d’ una intal·lació solar fotovoltaica en règim especial als edificis de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG

El present projecte té per principal odjectiu dur a terme el disseny d’ una instal·lació solar fotovoltaica de producció d’ energia elèctrica en règim especial sobre teulada instal·lada en un edifici de caràcter oficial de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG amb l’ objectiu de generar energia elèctrica

Projecte de la intal·lació de calefacció i ACS amb energia solar i caldera de biomassa en un edifici de quatre vivendes.

Projecte de la instal•lació de calefacció i agua calenta utilitzant energia solar tèrmica i ajudant-se d’ una caldera de biomassa en un edifici en construcció situat a Colera (Alt Empordà). Es tracta d’un bloc de quatre vivendes distribuïdes en dues plantes, soterrani i terrassa superior

Projecte d'energia solar en la indústria càrnica : anàlisi energètic, econòmic i ambiental

Aquest projecte es basa en l’aprofitament de l’energia solar per a produir ACS en diferents processos industrials d’un escorxador mitjançant una instal·lació solar tèrmica. L’objectiu és cobrir el màxim de necessitats energètiques d’aigua calenta en els processos d’escaldat, rentat de les canals i neteja d’equips i instal·lacions. Com en totes les instal·lacions solars, es fa necessària la presència d’una instal·lació de recolzament, ja que la instal·lació solar no ens satisfà el total de necessitats de producció. En aquest projecte s’ha dut a terme un ampli estudi energètic en el qual s’han estudiat dos tipus de captadors solars: el pla i el de tubs de buit. S’han tingut en compte paràmetres com el rendiment del captador, la inclinació i la superfície captadora per tal d’obtenir un determinat percentatge de cobertura solar